Kategori: Fisika

Kumpulan Artikel Tentang Materi-MAteri Fisika baik di Sekolah Menengah atas maupun di Universitas

Fisika Dasar – Gaya Gravitasi dan Hukum Gravitasi Netwon
AhmadDahlan.NET – Gravitasi adalah gaya yang muncul akibat interaksi fisis antar partikel yang memiliki massa dan masih dalam medan gravitasi dari salah satu atau kedua partikel tersebut. Bersama dengan gerak yang pada lintasan tertentu dapat menghasilkan gaya sentripetal, Gravitasi menciptakan ruang antar seluruh materi yang ada dan pada akhirnya menjadi penentu dari tatanan materi yang ada di alam semesta.

Benda-benda angkasa seperti planet yang mengitari bintang, galaksi yang teridiri dari ribuan matahari, posisi benda-benda yang ada di permukaan bumi dan semua materi yang ada di alam semesta bergerak sesuai dengan interkasi gaya garvitasi.

A. Medan Gravitasi

Pada konsep klasik, Medan gravitasi adalah wilayah cakupan yang masih dipengaruhi oleh gaya gravitasi dari sebuah materi yang memiliki massa. Konsep medan gravitasi ini digunakan untuk menjelaskan fenomena gaya gravitasi dan diukur dalam satuan N/kg.

Misalkan sebuah benda m diletakan di sembarang titik dari sebuah partikel M berpusat massa titik akan tertarik ke pusat massa jika masih berada dalam sebuah medan gravitasi partikel M. Sekalipun benda m yang bermassa kecil, sebenarnya M bukanlah satu-satunya faktor yang memberikan gaya ke benda bermassa m yang lebih kecil namun keduanya saling tarik menarik dimana m juga menarik M dengan gaya yang sama besarnya.

Hanya saja fenomena yang paling mudah diamatai dimana benda bermassa Massive akan terlihat diam pada posisinya dan benda bermassa kecilah yang tertarik menuju bernda bermassa Besar. Misalknya saja apel yang terlihat jatuh ke permukaan bumi. Hal ini disebabkan oleh Inersia dari benda bermasa Massive jauh lebih besar sehingga benda kecillah yang mengalami percepatan yang cukup besar.

Dalam model medan atau fisika modern, Gravitasi tidak hanya membahas mengenai interkasi tarik menarik antara dua buah benda partikel tapi juga menyangkut antara ruang dan waktu yang berada di seputar medan gravitasi. Jika medan gravitasi sangat masive, maka medan ini cukup kuat untuk membuat distorsi ruang dan waktu di wilayah seputar medan gravitasi. Model ini mengantar pada konsep fisika model yang disebut kelengkuangan ruang dan waktu.

A. Hukum Newton Tentang Gravitasi Universal

Gravitasi pertama kali diformulasikan secara matematis oleh Matematikawan Inggris, Sir Isacc Newton. Menurut legenda, Newton mendapatkan inspirasi setelah melihat sebutir buah apel jatuh di atas pohon. Belakangan, Hukum ini disebut Hukum Gravitasi Newton untuk membedakan antara hukum gravitasi klasik dan hukum gravitasi moderen yang diperkenalkan oleh Albert Einstein.

Setelah mengamati Apel yang jatuh yang dari pohon, Newton menyimpulkan ada gaya yang bekerja pada buah yang ada pada ranting-ranting pohon yang jauh tinggi di atas permukaan tanah. Jika gaya tersebut berparuh pada buah apel yang jatuh, maka gaya yang sama juga berpengaruh terhadap Bulan.

Pemikiran Newton ini mendapatkan resistensi pada masa tersebut dimana banyak ilmuwan yang masih percaya bahwa gaya hanya bisa terjadi melalui kontak seperti pada saat seorang mendorong meja atau bola yang ditendang. Pengamatan mengeni gaya Gravitasi menjadi babak baru dari gaya tak sentuh dimana dua benda bsai saling berinterkasi meskipun terpisah oleh jarak.

1. Teori Gravitasi

Catatan sejarah yang menunjukkan pengamatan mengenai Gravitasi adalah Ptolemy (Klaudius Ptolemaeus : 90 – 168 M). Ptolemy mengamati gerak semu dari benda-benda langit dan bitang lalu mencoba membuat peta langit. Dari pengamatan dan pengembangan peta langit ini, Ptolemy mengusulkan model Geosentris dimana Bumi menjadi pusat alam semesta pada saat itu.

Model Geosentris gagal menjelaskan mengenai gerakan planet-planet dan Nicolaus Copernicus (1473 – 1543) mengajukan model Heliosentris dimana matahari sebagi pusat tata surya. Ide didasari dari pengamatan mengenai gerak rotasi benda dengan jalur melingkar pada sebuah pusat massa (orbit). Model ini akurat dalam memprediksi posisi planet-palnet dan gerakanya namun gagal menjelaskan beberapa hal seperti proses pergantian musim.

Johannes Kepler (1571 – 1630) kemudian melanjutkan pengamatan gurunya, Brahe, tentang gerak-gerak dari planet. Data-data tersebut kemudian disusun dan menghasilkan 3 Hukum gerak planet terhadap matahari yang disebut sebagai Hukum Kepler.

2. Hukum Gravitasi Newton

Hukum Gravitasi menyatakan bahwa setiap partikel yang memiliki massa akan menghasilkan medan gravitasi. Jika di dalam medan gravitasi ini terdapat benda yang memiliki massa dan medan gravitasi, maka akan terjadi interkasi antar kedua benda ini.

Besar gaya ini akan sebanding dengan pembawa medan yakni massa masing masing benda sehingga
```
\vec{F} ∼ m_1m_2
```
Gaya ini semakin melemah dengan kuadrat jarak yang memisahkan benda sehingga
```
\vec{F} ∼ \frac{1}{r^2}
```
Dengan demikina maka hubungan antara gaya gravitasi, massa dan jarak antar benda sebagai berikut
```
\vec{F} ∝ \frac{m_1m_2}{r^2}
```
Gaya gravitasi adalah gaya tak sentuh dan sifatnya kekal. Karena massa dari partikel dalam pandangan klasik akan selalu sama maka besar Gaya Gravitasi ini adalah fungsi dari jarak, sehingga dapat diformulasikan sebagai berikut :
```
\vec{F_{(r)}} =G \frac{m_1m_2}{r^2}
```
Dimana G adalah konstanta gravitasi antara dua benda yang berinteraksi tersebut.

G = 6.67 × 10^-11 Nm² kg^-2

Percepatan Gravitasi

Medan gravitasi yang ada ada eraa benda bermassa akan selalu menarik benda dengan meda yang sama. Besar gaya tarik medan ini adalah F/m untuk setiap benda yang dengan massa m.
```
\frac{F}{m} = G\frac{M}{r^2}
```
```
\frac{F}{m} =6,67 . 10^{-11}\frac{(5,98.10^{24})}{(6,38.10^6)^2}
```
```
\frac{F}{m} = 9.8 \ m/s^2
```
F/m ini tidak lain adalah percepatan gravitasi yang bekerja pada benda yang berada di daerah sekitar permukaan bumi. Untuk bumi sendiri nilai g = 9,8 m/s². Percepatan ini dipengaruhi oleh banyak faktor seperti diantaranya gaya sentripetal yang bekerja pada benda-benda yang ada dipermukaan bumi.

Semakin kecil jari-jari ritasi bumi terhadap prosonya di permukaan bumi akan membuat percepatan gravitasi di titik tersebut semakin besar. Sehingga pada daerah dekat dengan kutub seperti di Eropa, nilai sekitar g = 10 m/s².

Demikian pula percepatan gravitasi yang terjadi pada planet yang berbeda. Massa adalah faktor utama yang membawa medan gravitasi. Bulan yang memiliki massa lebih rendah dari bumi memiliki percepatan gravitasi sebesar 0,166 m/s² sehingga berat benda di permukaan bulan akan selalu lebih rendah di permukaan bumi.

3. Turunan Hukum Kepler ke Newton

Asumsikan bahwa planet mengelilingi matahari dengan lintasan mendekati lintasan melingkar dengan jari-jari r. Maka Gaya sentripental yang bekerja pada planet akan sama dengan gaya tariknya. dengan demikian
```
F=mrω^2
```
jika
```
ω = \frac{2π}{T}
```
maka
```
F=mr\frac{4π^2}{T^2}
```
Hukum Kepler 3 menyatakan bahwa T² = Kr³, dimana :
```
K = \frac{4π^2}{GM}
```
maka
```
F=mr\frac{4π^2}{Kr^3}
```
```
F=mr\frac{4π^2}{\frac{4π^2}{GM}r^3}
```
Persamaan Gaya Gravitasi berdasarkan Hukum Kepler adalah :
```
F=G\frac{Mm}{r^2}
```
Contoh Kasus :

1. Berapakah besar gaya gravitasi yang dialami oleh sebuah benda bermassa 1000 Kg di permukaan Bumi?

Dik :

m_bumi = 5.98 × 10²⁴kg
m_benda = 1000 kg
r_bumi = 6.38 × 10⁶m

Solusi
```
F=G\frac{Mm}{r^2}
```
```
F=6,67 . 10^{-11}\frac{(5,98.10^{24})(1000)}{(6,38.10^6)^2}= 9.799 N
```
Besar Gaya Gravitasi yang dialami benda adalah F = 9.799 N
3 Juni 2021
Teori Model Atom Rutherford – Hamburan Partikel Alfa pada Logam Emas
AhmadDahlan.NET – Teori model atom Thomson telah berhasil menjelaskan mengenai keberadaan elektron pada struktur atom dan akhirnya menyodorkan teori Kue Kismis dimana Proton diselimuti elektron seperti coklat pada kue kismis. Hanya saja teori ini gagal menjelaskan mengenai beberapa hasil percobaan mengenai struktur atom secara detail termasuk memberikan gambaran mengenai ukuran dan posisi dari Proton dan Elektron.

Ernest Rutherford bersama kedua mahasiswanya, Hans Geiger dan Erners Masreden kemudian mengajukan model atom berdasarkan hasil percobaan hamburan partikel alfa.

Percobaan Hamburan Sinar Alfa

Teori Atom Rutherford didasarkan pada percobaan hamburan sinar alfa dari He²⁺ pada lembar logam tipis. Rutherford kemudian mengamati jalur yang terbentuk dari hamburan sinar alfa.

Dalam percobaannya, Rutherford menembahkan gelombang sinar alfa berenergi tinggi dari sebuah sumber radioaktif ke sebuah logam emas tipis dengan ketebalan 100 nm. Sebuah layar berbahan fluorescent zinc sulfid diletakkan disekitar lembaran emas untuk mengamati jalur yang terbentuk oleh partikel hamburan.

Observasi yang dilakukan menghasilkan :
1. Sejumlah besar partikel hamburan hanya melewati logam dengan jalur lurus dan membuat kilauan cahaya. Rutherforod menyimpulkan sebagain besar ruang dalam atom kosong
2. Sejumlah besar partikel hamburan dibelokkan dengan sudut kecil oleh logam karena tolakan antar partikel bermuatan positif. Sehingga Rutherford menyimpulkan muatan positif pada partikel ini lebih kecil dari total volumenya.
3. Sejumlah partikel dibelokkan kuat bahkan hampir membentuk sudut 180^o. Rutherford menyebutnya partikel dengan muatan postif kuat ini sebagai Nukleus.
4. Rutherford menyebutkan bahwa sebagian besar massa atom terkonsentrasi di Nuklues.
Model Atom Rutherford

Berdasarkan percobaan tersebut, Rutherford menyimpulkan bahwa :
1. Nukleus berisi partikel bermuatan positif dan memiliki massa yang paling besar dari struktur atom. Nuklues ini selanjutnay disebut sebagai inti atom.
2. Bentuk Struktur atom menyerupai bola.
3. Elektron bergerak dengan kecepatan tinggi mengelilingi inti atom. Orbit elektron berbentuk melingkar dengan memanfaatkan gaya elektrostatis.
Keterbatasan Teori Atom Ruttherford

Meskipun teori model atom yang diajukan Rutherford berdasarkan hasil percobaan namun teori atom gagal dalam menjelaskan beberapa hal :
1. Rutherford menjelaskan bahwa elektron mengeliling Nuclues pada jalur tetap yang disebut orbits. Hal ini gagal menjelaskan fenomena radiasi gelombang elektromagnetik yang dipancarkan elektron pada saat dipercepat. Jika radiasi ini dihitung menggunakan persaman gelombang Maxwell maka energi pada elektron akan habis dan lama-lama kelamaan akan jatuh ke inti sesuai dengan teori gaya elektrostatis yang diajukan Rutherford. Waktu yang dibutuhkan sampai akhirnay elektron jatuh ke inti hanya 8 sampai 10 sekon.
2. Rutherford sama sekali tidak memberikan penjelasan detail mengenai susunan elektron sehingga teorinya tidak lengkap.
Meskipun terbatas dalam menjelaskan fenomena radiasi gelombang elektromagnetik pada partikel yang diberi energi dari luar, Model Atom Rutherford adalah dasar yang baik dalam pengembangan teori atom modern dan hukum-hukum mekanika kuantum.
27 Mei 2021
Soal MID Test Fisika Komputasi
Petunjuk Pengerjaan Soal!
1. Kerjakan soal berikut menggunakan Aplikasi MATLAB
2. File yang dikerjakan untuk setiap soal terdiri dari (1) file script matlab dan (2) screenshoot pengerjaan ujian yang dimasukkan ke dalam file Word.
3. Silahkan kerjakan secara mandiri, file dengan exift dan author yang sama akan dianggap kerja sama.
Soal MID Test Fisika Komputasi

1. Perhatikan rangkaian listrik di bawah ini !

Hitunglah besar arus pada I₁, I₂, dan I₃. Buatlah program Matlab untuk menyelesaikan kasus diatas dengan metode Array.

2. Buatlah sebuah program yang dapat digunakan untuk menghitung lintasan yang terbentuk dari sebuah peluru dengan input tinggi awal, kecepatan awal dari peluru adalah v₀=10 m/s dengan percepatan gravitasi adalah g = 9.8 m/s. Ouput dari program adalah :
1. Waktu maksmium sebelum akhirnya benda menyentuh tanah.
2. Perpidahan benda ke arah horisontal.
3. Buatlah sebuah program yang dapat digunakan untuk menghitung lama peluru jatuh bebas ke permukaan bumi. dengan kriteria sebagai berikut :
1. Ketinggian jatuh bebas, input!
2. Kecepatan Terminal Peluru : 100 m/s
3. Perlambatan udara sebelum terminal Veocity : 0,1 m/s²
13 April 2021
Membuat Persamaan Matematis Besaran Kalor Pada Asas Black
AhmadDahlan.NET – Mari kita asumsikan terlebih dahulu nilai kalor jenis dari zat cair konstan terhadap perubahan temperatur dan terjadi pada proses isometrik.

Air bermassa m dengan suhu 15,5^oC dicampurkan dengan air bermassa m dengan suhu 14,5^oC. Suhu air campuran dapat diketahui dengan menggunakan asas Black.

1. Q_lepas = Q_terima

Q_lepas = Q_terima

m C_air ΔT_lepas = m C_air ΔT_terima

T_15,5 – T_x = T_x – T_14,5

2T_x = 15,5^oC + 14,5^oC

T_x = 15^oC

2. – Q_lepas = Q_terima

– Q_lepas = Q_terima

– m C_airΔT_lepas = – m C_air ΔT_terima

– (T_x – T_15,5) = T_x – T_14,5

– T_x + T_15,5 = T_x – T_14,5

2T_x = 15,5^oC + 14,5^oC

T_x = 15^oC

Secara matematis kedua metode yang digunakan menghasilkan nilai yang sama yakni 15^oC. Hanya terdapat perbedaan Q_lepas = Q_terima yang menghasilkan T_15,5 – T_x dan Q_lepas = Q_terima dan menghasilkan tinjauan perubahan temperature – (T_x – T_15,5).

T_15,5 – T_x berasal dari asumsi bahwa kalor yang lepas sama dengan kalor yang dierima dimana kalor merupakan energi yang mengalir. Asumsi ini menghasilkan presepsi jika kalor akan selalu berbentuk positif tanpa ada nilai negatif sehingga Suhu yang tinggi akan selalu dikurang dengan dengan suhu yang rendah.

– (T_x – T_15,5) berasal asumsi bahwa kalor yang lepas ditandai dengan negatif. Tanda negatif ini menunjukkan bahwa kalor pada benda bersuhu tinggi kehilangan kalor (- Q_lepas) ke benda bersuhu rendah, sehingga di benda bersuhu rendah bernilai positif.

Secara matematis posisi T_x ini adalah posisi ke dua setelah proses pencampuran terjadi sedangkan T_15,5 adalah suhu awal sebelum dicampur. Hal ini sudah sesuai dengan kaidah ΔT yakni T₂-T₁.

Formula Matematis Pemodelan Fisis

Fisika adalah disiplin ilmu yang mempelajari fenomena alam dalam bentuk pemodelan untuk menemukan hukum, prinsip, konsep, teorema, dan potsulat yang berlaku pada fenomenan tersebut.

Dalam memudahkan proses memahami fenomena tersebut, diformulasikan bahasa matematika digunakan untuk memudahkan analsisi data. Dalam proses formulasi matematis, ada banyak batasan yang diberikan untuk membuat generalisasi yang diterima secara umum, namun untuk menghitung pada kejadian asli melalui pemodelan matematis, dibutuhkan banyak variable yang ikut mengambil bagian dalam menentukan nilai dari besaran yang dihitung.

Pada varibel yang nilainya terlalu kecil dan tidak berpengaruh pada hasil perhitungan, maka nilai-nilainya dapat diabaikan.

1. Asas Black

Asas Black menjelaskan fenomena mengenai pencampuran dua buah benda dengan beda suhu. Adapaun prinsip-prinsip pada Asas Black adalah :
1. Jika dua buah benda dengan berbeda suhu dicampurkan maka benda dengan suhu lebih tinggi akan memberikan kalornya ke benda bersuhu lebih rendah sampai suhunya sama.
2. Jumlah kalor yang diserap benda dingin sama dengan jumlah panas yang dilepas oleh benda bersuhu tinggi.
3. Jumlah kalor yang dilepas oleh bend ayang bersuhu rendah akan sama besarnya dengan kalor yang dibutuhkan untuk memanaskan benda tersebut kembali ke suhu awalnya.
Dengan demikian dapat disimpulkan Defenisi Asas Black adalah :

“Jika dua benda berbeda dicampurkan, maka benda bersuhu tinggi akan melepas kalor yang diserap ke benda sehubu rendah sampai suhu kedua benda tersebut sama”

Karena tidak ada tanda negatif dari benda melepaskan maka bentuk matemtais dari asas Black adalah :

Q_lepas = Q_terima

Namun dalam kajian-kajian termodinamika dibuat kesepakatan jika benda panas kehilangan sejumlah kalor benda bersuhu panas, maka besar Q diberi simbol Negatif. Kendati kalor tidak ada yang bernilai negatif, tanda ini hanya ini memebri penjelasan jika sistem sedang kehilangan sejumlah energi dalam bentuk panas yang ditandai dengan penurunan suhu. Secara matematis pernyataan ini jika dihubungkan dengan asas black adalah :

– Q_lepas = Q_terima

2. Kalor

Air yang di ember, es yang ada di dalam kulkas dan awan yang ada di atas langit (kita asumsikan awannya terdiri dari uap air) adalah bentuk partikel dengan fasa dan energi yang berbeda. Hal ini dapat dilihat jika Es yang ada di dalam kulkas dikeluarkan kemudian dipanaskan maka fasa akan sama dengan air yang ada diember.

Jika pemanasan diberikan tidak dikondisikan maka ada kemungkinan suhu dari air akan berbeda. Jika pemanasan dilakukan cepat dan hanya ingin melihat es mencair menjadi air secara keseluruhan (kalor lebih sedikit) maka suhu air yang akan lebih rendah dari suhu air yang ada di ember. Jika dilakukan lebih lama maka suhunya akan lebih tinggi dari air yang lebih air di dalam ember.

Pada saat es dikeluarkan dari dalam kulkas dan dibiarkan dalam waktu yang cukup lama, kondisi akan mencair dan akan memiliki temperatur yang sama dengan air yang ada di dalam ember. Hal ini akan terjadi lebih cepat terjadi jika es masukkan ke dalam ember.

Hal yang membuat suhu es ini meningkat adalah kalor yang diserap udara yang suhu lebih tinggi dari es, jika dicelupkan maka suhu dari air yang ada di dalam ember. Kalor ini dapat didefenisikan sebagai energi yang mengalir ke benda. Segera setelah suhu ke dua benda ini sama maka tidak ada kalor yang saling bertukar.

Asumsi kalor hanya dapat ditinjau pada saat energi panas mengalir ini menjadi sebuah keharusan bahwa kalor akan keluar dan masuk dari satu lingkungan ke sistem. Setelah masuk ke dalam sebuah benda. Kalor tidak akan bisa lagi ditinjau kecuali jika benda kembali menyerap atau melepas panas.

Tentu saja, kalor dalam hal ini sulit untuk diamati pada kondisi rendah, jika kalor diberikan terlalu besar maka benda akan berpendar namun pendaran yang terlihat ini adalah emisi dari energi yang dimiliki benda karena suhu benda terlalu tertinggi, namun tanpa suhu tinggi inetraksi dalam bentuk energi yang mengalir dari lingkungan dan sistem tetap bisa terjadi.

Sekalipun tidak bisa terlihat, kita bisa membuat indikator yang dapat diamati ketika terjadi perubahan energi pada benda. Indikator tersebut adalah Temperatur. Sekalipun memiliki hubungan yang erat, kalor dan suhu adalah dua konsep yang berbeda.

Misalkan pemberian kalor pada reservoir panas, tidak merubah suhu benda tersebut akan tetapi energi dalam pada benda tersebut meningkat. Dari penjelasan ini kita dapat defenisikan bahwa kalor akan selalu bernilai positif, kecuali jika kita membuat kesepakatan dalam memilih acuan dari suatu fenoemman. Misalnya saja acuan sistem-lingkungan.

Dengan demikian baik Kalor lepas dan Kalor terima dalam persamaan Asa Black prinsipnya hanya akan disimbolkan pada Q_lepas dan Q_terima akan bertanda positif karena prinsipnya kalor selalu mengalir dari benda bersuhu tinggi ke rendah.

Q_lepas = Q_terima makna fisi dari persamaan ini adalah dua kejadian yang terjadi secara bersamaan dengan masing-masing tinjauan berdasarkan suhunya.
29 Maret 2021
Hukum I Termodinamika – Kekekalan Energi
Ahmaddahlan.NET – Pada sejumlah air dimasukkan ke dalam panci kemudian dipanaskan, Air dalam panci yang keadaan awalnya berada dalam suhu kamar, mungkin 27^oC sampai 33^oC, perlahan-perlahan akan memanas. Pemanasan ini dilakukan dengan pemberian kalor dari luar sistem melalui nyala api ke dalam panci.

Perubahan panas dalam panci (dQ) tentu saja tidak dapat diamati oleh mata manusia, namun kita dapat melihat indikator perubahan kalor di dalam panci melalui perubahan suhu yang terjadi (dT). Selain dari perubahan suhu, perubahan kalor juga menimbulkan dampak lain seperti perubahan tekanan (dP) dan perubahan Volume (dV).

Hukum I Thermodinamika

Dalam proses pemanasan air yang dilakukan, panas hanya dipindahkan dari lingkungan, api dari kompor gas, ke dalam sistem yakni air yang ada di dalam panci. Seketika ketika api dipadamkan, Panci adalah sebuah sistem tertutup maka kalor dalam panas akan segera keluar ke lingkungan kembali ketika suhu lingkungan lebih rendah dari suhu sistem.

Hal ini menunjukkan bahwa tidak akan pernah ada energi yang hilang jika tinjaun dilakukan secara menyeluruh karena energi hanya meninggalkan sistem ke lingkungan. Dengan demikian Energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnakan hanya dapat dipindahkan dari sistem ke sistem lain atau diubah dalam bentuk energi lain. Pernyataan ini dikenal sebagai hukum I Termodinamika atau hukum kekekalan Energi.

Hukum I Termodinamika menyatakan bahwa setiap pemberikan kalor pada sistem akan membuat sistem memiliki energi untuk melakukan usaha (W) dan perubahan energi dalam

Hukum I termodinamika menyatakan bahwa untuk setiap proses apabila kalor (Q) diberikan kepada sistem dan sistem melakukan usaha (W), maka akan terjadi perubahan energi dalam Δu.

Δu = Q – W atau Q = Δu – W

Δu = Perubahan Energi dalam (J)
Q = Jumlah Kalor (J)
W = Usaha Sistem (J)

Makna Fisis
1. +Δu : Energi dalam naik
2. -Δu : Energi dalam turun
3. +Q : Sistem menerima panas
4. – : Sistem mengeluarkan panas
5. +W : sistem melakukan usaha
6. -W : Sistem menerima usaha
21 Maret 2021
Pengertian Massa dan Berat
A. Massa

Ahmaddahlan.NET – Massa adalah karakterisitik fundamental dari sebuah materi. Massa ini adalah ukuran numerik dari kelambaman yang dimiliki oleh sebuah benda. Kelambaman ini adalah kemampuan benda mempertahankan posisinya terhadap tinjauan gerak.

Massa disimbolkan m dan dinyatakan dengan satuan Kilogram (Kg) dalam Standar Internasional. Dalam pandangan Fisika Klasik, Massa ini memiliki nilai tetap dengan berbagai kondisi namun dalam dalam pandangan fisika Modern, Massa benda akan meningkat seiring dengan peningkatan kecepatan benda yang mendekati kecepatan cahaya, c = 3 × 10⁸ m/s. Massa ini disebut massa relatifistik.

B. Berat

Berat adalah besaran fisis interaksi antara massa benda dengan percepatan gravitasi.

w = mg

Interkasi ini selanjutnya disebut sebagai gaya berat namun lebih umum disebut sebagai berat. Berdasarkan defenisi ini maka dapat disimpulkan bahwa nilai berat dari suatu benda akan berbeda bergantung dari Planet.

Untuk sebuah benda yang jatuh bebas dimana tidak ada gaya lain yang bekerja pada benda yang jatuh maka benda ini akan bergerak dengan gaya gravitasi. Gerak benda digambarkan dengan lengkap menggunakan Hukum II Newton.

F = ma

F ini tidak lain adalah w dalam benda gerak jatuh bebas maka yang menjadi penentu gerak jatuh bebas di permukaan sebuah planet adalah percepatan gravitasi planet tersebut.

Kesimpulan lain yang bisa diambil adalah dua benda dengan massa yang berbeda akan jatuh bersaman di permukaan bumi jika Gaya hambat udara diabaikan.

Kondisi Tanpa Berat

Karena Berat ditentukan oleh massa dan percepatan gravitasi, maka bobot yang dirasakan oleh objek adalah bobot efektif karena terhubung dengan benda kaku yang menopang tubuh.

Bobot efektif yang dialami oleh benda ini dapat tiba-tiba hilang atau kondisi tanpa bobot jika penopang tersebut tiba-tiba hilang. Misalnya pada saat kita duduk di atas kursi namun tiba-tiba kursi ditarik dengan sangat cepat. Massa tubuh membuatnya tidak langsung bergerak bebas seketika kursi ditarik meskipun t sangat kecil dan cenderung mendekat 0. nilai t dapat dibuat lebih lama atau bahkan dihilangkan perannya dari kondisi tanpa bobot dengan beberapa metode :
1. Begerak ke atas dengan kecepatan tingggi kemudian tiba-tiba arah kecepatan dirubah ke arah bawah seperti pada saat naik Roller Coster dan pesawar.
2. Terbang bergerak di luar gaya tarik gravitasi bumi.
Semua benda dan satelit yang melayang diseputar orbit masih merasakan gravitas sekalipun sangat kecil sehingga membuat Astronot terlihat tanpa gravitas.

C. Gaya Gravitasi Bumi

Percepatan gravitasi (g) dengan gaya gravitasi (F) adalah variabel yang berbeda namun masih berhubungan. Besar gaya Gravitasi Bumi berbanding terbalik kuadratik dengan jarak antar pusat massa.
```
F \sim  \frac{1}{r^2}
```
besar Gaya Gravitasi adalah :
```
F = m \frac{GM}{R^2}
```
Persaman ini menunjukkan jika gaya gravitasi di permukaan bumi tidaklah sama, hal ini bergantung dari jarak benda. Namun selain itu ada dua hal yang membuat percepatan gravitasi tidak sama di permukana bumi selain jarak yakni :
1. Densitas Planet bumi yang tidak seragam
2. Posisi benda dipemukaan bumi relatif terhadap poros putar bumi
Posisi benda terhadap poros putar ini membuat gaya sentripental yang dialami oleh benda. Orang-orang berada di garis ekuator seperti Indonesia akan mengalami Percepatan Gravitasi lebih rendah dibandingkan orang-orang yang ada di Copenhagen.
19 Maret 2021
Rangkuman Materi Gerak Lurus – Konsep, Rumus dan Persamaan
AhmadDahlan.NET – Gerak Lurus dalam Fisika di bagi ke dalam dua sub pembahasan yakni bergerak dengan kecepatan konstan (GLB) dan percepatan konstan (GLBB).

A. Gerak Satu Dimensi

Gerak didepskrikan dalam perpindahan (x), waktu (s), kecepatan (v) dan Percepatan (a). Kecepatan adalah perubahan posisi atau perpindahan terhadap waktu dan Percepatan adalah laju perubahan kecepatan terhadap satuan waktu.

Kecepatan rata-rata
```
\bar{v}=\frac{\Delta x}{\Delta t}
```
Percepatan rata-rata
```
\bar{a}=\frac{\Delta v}{\Delta t}
```
dimana :

x dalam m
t dalam s
v dalam m/s
a dalam m/s²

Gerak didefiniskan melalui hukum-hukum newton tentang gerak, jika penyebab geraknya diabaikan maka pembahasan ini masuk dalam bahasan Kinematika dengan persamaan gerak :

kecepatan pada saat t
```
v_t = v_0 + at
```
posisi pada saat t
```
s_t=v_ot+\frac{1}{2}at^2
```
dua persamaan ini dapat disubtitusikan sehingga bebas dari variable waktu dengan persamaan
```
v_{t}^{2} = v_{o}^{2}+2as
```
B. Persamaan Diferensial Dari Gerak

Dalam fungsi matematis, Kecepatan adalah turunan pertama dari jarak terhadap waktu.
```
v = \frac{ds}{dt}
```
dan
```
a = \frac{dv}{dt}=\frac{d^2s}{dt^2}
```
misalkan kita tinjau perubahan posisi dari posisi awal, maka :
```
s = \int_{0}^{t}vdt
```
a. kasus kecepatan konstan maka persamaan ini dapat disederhanan
```
s = v\int_{0}^{t}dt
```
b. kasus kecepatan tidak konstan (berubah beraturan), maka v diubah ke dalam bentuk :
```
s= \int_{0}^{t}(v_0+at)dt
```
Persamaan ini juga bis adituliskan dalam bentuk Polinomial :

Polinomial Posisi
```
s_t=s_0+o \frac{t^1}{1}+p \frac{t^2}{2}+q \frac{t^3}{6}+r \frac{t^4}{12}
```
dimana o tidak lain adalah v₀, sehingga :
```
s_t=s_0+v_0 t+p \frac{t^2}{2}+q \frac{t^3}{6}+r \frac{t^4}{12} = s_0+s = \int_{0}^{t}vdt
```
Polinomial Kecepatan
```
\frac{ds}{dt}=v_t=v_0+bt+c\frac{t^2}{2}+d\frac{t^3}{3} = v_0+\int_{0}^{t}adt
```
Polinomila Percepatan
```
\frac{d^2x}{dt^2}=a_t=bt^0+ct^1+dt^2
```
18 Maret 2021
Rancangan Praktikum Fisika SMA – Periode Bandul Matematis
AhmadDahlan.NET – Pendulum sederhana atau Bandul Matematis adalah sebuah sistem dimana sebuah benda yang dianggap sebagai benda titik digantungnya oleh seutas tali yang massanya dapat diabaikan relatif terhadap massa beban.

Sistem adalah sitem resonansi tunggal yang jika diberikan simpangan yang kecil maka Periode getaranya dapat diperkirakan dengan persamaan :
```
T = 2 \pi \sqrt{\frac{L}{g}}
```
Gerak pada Pendulum matematis dapat dihitung dengan persamaan getara harmonic sederhana dengan persamaan :
```
\theta = \theta_{maks}sin\sqrt{\frac{g}{L}}t
```
Persamaan ini analog dengan persamaan pada getaran Harmonic pada pegas :
```
y = Asin\sqrt{\frac{k}{m}}t
```
Pada pegas, massa beban tidak berpengaruh terhadpa besar periode dari GMS.

Rancangan Percobaan

A. Tujuan Percobaan
1. Menentukan hubungan antara panjang tali bandul dan periode getaran bandul
2. Menentukan besar percepatan gravitasi yang ada di daerah percobaan dengan metode Bandul Matematis.
B. Rumusan Masalah
1. Bagaimanakah hubungan antara panjang tali bandul dan periode pada bandul.
2. Seberapa besarkan percepatan gravitasi yang ada di daerah percobaan dengan metode Bandul Matematis.
C. Hipotesis Percobaan
1. Terdapat hubungan berbanding akar kuadrat antara periode dan panjang tali
2. Besar percepatan gravitasi sebesar 9,8 m/s².
D. Identifikasi Variabel Percobaan
1. Variable Kontrol : Jenis tali, massa beban (kg)
2. Variable Manipulasi : Panjang Tali (m)
3. Variable Respon : Periode Getaran (s)
E. Alat dan Bahan
1. Statif dan Dasar
2. Tali
3. Neraca 311
4. Meteran
5. Stop Watch
6. Beban Gantung
F. Langkah Percobaan
1. Timbanglah massa beban dengan neraca 311g, kemudian catat sebagai variable Kontrol
2. Susun dan gantungkan beban seperti pada gambar di atas dengan panjang tali sebesar 25 cm.
3. Berilah simpangan dengan sudut kecil 7^o dari titik normal, kemudian catat waktu yang dibutuhkan untuk membentuk 10 getaran.
4. Catat hasil pengamatan pada tabel pengamatan
5. Ulangi kegiatan 2 dengan menambahkan panjang tali 5 cm samapi mendapat 5 data yang berbeda.
G. Table Pengamatan

No Panjang Tali (m) Waktu (s) Periode (s)
1 25
2 30
3 35
4 40
5 45

H. Analisi Data

Data dapat dianalisis dengan persamaan :
```
T_n = 2 \pi \sqrt{\frac{L}{g}}
```
Tips dan Strategi
1. Gunakan tali ringan sehingga massa tali dapat diabaikan.
2. Gunakan massa beban yang besar sehingga massa tali semakin tidak berpengaruh.
18 Maret 2021
Propagasi Gelombang Elektromagnetik Dalam Ruang Hampa dan Medium Berpartikel

AhmadDahlan.NET – Gelombang elektromagnetik adalah gelombang yang bisa berjalan pada ruang hampa di luar angkasa. Berbeda dengan gelombang elektromagnetik, gelombang mekanik membutuhkan material sebagai medium propagasi. Material ini menjadi media transfer energi dari sumber ke lokasi lain. Contoh dari gelombang mekanik adalah gelombang suara dan gelombang elektromagnetik adalah gelombang cahaya.

Gelombang elektromagnetik dihasilkan dari getaran dari muatan elektrik. Getaran ini menghasilkan dua produk yakni komponen listrik dan magnetik. Gelombang elektronik dapat berpropagasi di runag vakum dengan kecepatan 3.00 x 10⁸ m/s, kecepatan yang secara umum disimbolkan dengan c atau disebut kecepatan cahaya.

Pada ruang yang memiliki medium, kecepatan gelombang elektromagnetik masih mendekati kecepatan cahaya namun kurang dari 3.00 x 10⁸ m/s. Hal ini dapat dilihat dari animasi di bawah ini :

Energi mekanik berpindah yang berpindah di dalam sebuah medium akan seslalu di serap kemudian di emisikan oleh atom-atom yang ada pada medium tersebut. Ketika gelombang elektromagnetik masuk dalam ruang yang memiliki medium, maka energi akan diserap oleh material yang ada dalam medium.

Penyerapakan ini menyebabkan elektron pada atom-atom yang ada di dalam medium begetar. Setelah begertar dalam periode yang singkat, getaran elektorn ini selanjutnya menghasilkan gelombang elektromagnetik yang baru dengan frekuensi yang sama dengan gelombang yang datang. Terdapat selang waktu delaiyang singkat antara proses penyerapan dan proses emisi dari gelombang elektromagnetik pada medium. Sehingga Gelombang yang diteruskan adalah gelombang baru yang di re-emisikan oleh atom.

Delai dalam proses emisi ini juga akan memotong waktu perpindahan dari gelombang elektromagnetik, jika GEM bergerak dengan kecepatan c (3.00 x 10⁸ m/s) maka kecepatan pada medium akan lebih kecil dari c. Besar kecepatan GEM ini bergantung dari kerapatan dan jenis dari medium itu sendiri.

24 Februari 2021
Hukum Gas Ideal
AhmadDahlan.NET – Tiga hukum dasar tentang gas (Byole, Charless, Gay Lussac) telah menjelaskan hubungan antara variabel T, V dan P pada gas-gas dengan suhu rendah. Ketiga hukum
```
V ∝ 1/P
V ∝ T
P ∝ T
```
Tiga hukum ini bisa digabungkan menggunakan metode subtitusi matematikan sederhana dalam bentuk :

PV ∝ T

Hubungan natara P, V dan T akan memiliki variasi dengan dua buah varibale berubah dan satu variable konstan, misalnya ketika V Konstans maka P akan berbanding lurus secara langsung dengan T.

Variable yang mungkin berpenaruh langsung terhadap besaran fisis dari gas adalah jumlah gas. Misalkan saja sebuah balon akan memiliki volume lebih besar ketika ditiupkan banyak udara didalamnya. Sederhananya, m∝V, dengan demikian persamaan PV ∝ T dapat ditulisa

PV ∝ mT

Persamaan ini selanjutnya bisa disejajarkan dengan memasukkan sebuah konstanta yang mengatur hubungan antara variable V,P dan T pada gas. Pengukuran massa dari suatu gas dilakukan lebih sulit, oleh karena besaran massa ini diwakilkan olhe besaran lain yang mewakiliki jumlah gas yang ada dalam sistem yang diamati.

Pengganti dari Massa ini adalah mole. Mole merupakan jumlah zat secara eksplisit sedangkan massa adalah jumlah massa yang lebih erat hubungannya dengan gravitasi dan sifat-sifat fisis dalam hukum-hukum Newton tentang gerak.

1 Mole mengandung dari 6,02 x 10²³partikel dari suatu unsur, senyawa, atau atom. Bilangan ini disebut bilangan Avogadro. Nilai standar dari bilangan Avogadro didapat dari jumlah atom yang terdapat pada 12 gram atom Carbon-12. Alasannya tentu saja karena Carbon-12 adalah unsur yang paling stabil yang ada di alam.

1 mol setara dengan total massa atom relative yang menyusun senyawa atau insur tersebut. Misalnya 1 mol H₂0 memiliki massa [2(1) + 16] = 18 gr karena 1 atom air mengandung dua atom Hidrogen dengan m_r = 1 dan oksigen dengan m_r = 16 jadi totalnya sama dengan 18 gr.

Secara umum, Jumlah mol suatu unsur atai zat dapat dihitung dengan perbanidngan antara massa dalam gram terhadap total amassar atom realtif (g/mol)

dimana
```
n : Jumlah mol (mol)
m : Massa
Total massatom realtof (g/mol)
```
Dari persamaan ini massa pada dapat dihubungan dengan jumlah mol, sehingga persamaan pad agas ideal ditulis

PV = nRT

dimana n adalah jumlah mol dan R adalah konstanta Proporsionalitas atau konstanta gas Universal. Nilai R = 8,314 J/(mol.K) = 0,0821 (L.atm)/(mol.K) = 1,99 kal. T dinyatakan dalam satuan Mutlak.

Gas Ideal dalam Bilangan Avogadro

Avogadro berpendapat bahwa gas pada Volume, tekanan dan temperatire yang sama akan memiliki jumlah mol yang sama. Pendapat ini juga biasa dengan dikenal sebagai hipotesis Avogadro. Pada atom-atom murni, Jumlah satu molnya setara dengan bilangan Avogadro N_A, meskipun bukan Avogadro yang menemukan jumlahnya karena nilainya baru ditemukan pada abda ke 20.

Misalkan jumlah suatu unsur sejumlah n mol akan mengandung N =nN_A. dengan demikan

PV = nRT = (N/N_A) RT

persamaan dihubungan dengan konstanta Setvanus Boltzman dimana k = R/N_A dengan demikian

PV = NkT

dimana
21 Desember 2020